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国内外地下水监测技术与管理比较研究_杨建青
管理等方面的做法进行系统的对比和分析,以期寻找差距、借鉴经验,并对如何提高和促进我国地下水
监测与管理工作进行了展望。
关键词:地下水;监测技术;管理;比较研究
中图分类号:P641.7
文献标识码: A
文章编号:1000-0852(2013)03-0018-07
1 引言
地下水是人类重要的自然资源, 是经济社会可持 续发展的基础。 根据《世界水评估计划》(UN/WWAP, 2003), 世界上大约 98%的液态淡水储存在地下含水 层中, 全球有超过 15 亿的城市居民依赖地下水生活, 地下水是许多国家农业灌溉的主要水源。 与地表水相 比,地下水分布范围广、分布相对均匀;地下水不易受 季节等因素影响,供水保证程度高,是抵御干旱的主要 手段; 地下水水质一般要优于地表水, 开发成本比较 低。 但是,长期以来,由于水文地质条件的复杂性和埋 藏于地下不被人们直接发现等特点, 人类对地下水缺 乏足够的认识和重视。 许多国家普遍面临一个突出的 问题,即,当开发利用地下水时,相关的数据非常匮乏。 一般来说,由于收集地下水数据的成本比地表水高,其 专业技术花费大,在大多数国家,地下水水量与水质方 面的数据比地表水要少得多。
开发利用为区域经济和社会发展提供了重要保障。 然 而,由于一些地区地下水不合理开发,造成局部地区地 下水采补失衡,地下水位大幅下降,引发地面沉降、地 下水污染、生态环境退化等一系列问题。 因此,迫切需 要加强地下水动态监测, 开展地下水动态模拟和分析 预测,全面加强对地下水的管理,以掌握地下水数量和 质量的时空分布和变化规律, 科学合理配置地下水资 源,实现对地下水的可持续开发利用和有效保护。
相比之下, 国外主要根据水文地质条件进行的站 网布局可以很好地掌握地下水内在的运移规律和变化
特性,站网布设更加科学、合理。 我国水利部门主要从 水资源开发利用出发进行站网布设, 在一定时期内可 以更好地与生产需要结合起来, 但随着地下水开发利 用程度的变化,一些监测站点可能会失去其原有功能; 同时由于地下水的运移变化还主要受水文地质条件的 制约,不利于全面监控地下水的自然特性变化。 2.2.2 站网布设密度
各国对地下水监测站网的布设都有严格要求。 《欧 盟水框架指令》(Water Framework Directive, WFD)[6]对 地下水监测站网的布设提出了明确的指导性意见如下:
(1)对于多层含水层,要求在同一位置应考虑每个 含水层都要有监测井;考虑含水层的空间不均匀性,要 求每个测网: 由供水系统负责。
局部性监测网:
有全国地下水质监测网。
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水文
第33卷
元,每个单元至少应有一个监测井。 (2)考虑水文地质条件的连续性,要求监测井之间
的距离应不小于空间不均匀性的尺度范围。 (3)考虑覆盖边界条件的需要,要求监测井群的分
布应垂直于边界。 (4)考虑水文应力范围,要求监测井群的分布应垂
主要用于收集基础数据对水资源 地区或地方机构共同负责。
参考监测网:
水质监测站网
进行管理。
全国标准监测网: 主要用于分析水量水质与地质地 形和气候条件的变化关系。
地方监测网: 主要与自治区水利工程联系。
全国性监测网: 由丹麦数据中心 GEUS 负责。
区域性监测网: 注重地下水开发过程中的监测。
地区性监测网: 由县级负责; 规划不同部门使用地下水; 负责(水质)数据收集、评价和报告。
国家 中国
美国 荷兰 英国 瑞典 丹麦 原苏联
表1 我国与部分国家地下水监测站网分类对比 Table1 Comparison between China and other countries on groundwater monitoring network classification
分类
备注
基本站(专用站): 政府管理; 主要用于收集基础数据对水资源 进行管理; 长期监测。
摘 要:受自然地理、气候环境和经济社会等影响,不同地区、各国之间对地下水的开发利用程度不同,
对地下水的监测管理差别很大。 作者在系统收集整理欧美等主要国家地下水监测管理的有关论文和成
果基础上,结合多年从事地下水工作的实践与心得体会,根据我国地下水监测与管理的实际情况,就我
国与欧美等主要国家在地下水监测网布设、监测技术方法、监测数据处理和信息成果应用、地下水法规
我国是一个人均水资源短缺的国家, 地下水是工 农业生产和城乡生活的重要水源。 在我国 660 多个建 制市中,利用地下水供水的有 400 多个;地下水灌溉面 积占耕地面积的 40%以上;北方农村普遍利用地下水 作为饮用水源。 随着全球气候变化以及中国经济发展 和人口增长,用水量也在日益增长,自 21 世纪以来,我 国地下水年开采量持续超过 1 000×108m3 [1]。 地下水的
一般 1 次/周
2~6 次/年
地下水水质 站网密度 (个/100km2)
0.01 监测区 0.1 由不同地区、不同地方 或不同流域的监测网组成
《欧盟水框架指令》提出的欧洲国家地下水监测主
国家
中国 美国
法国
瑞典 芬兰 丹麦 英国 荷兰 比利时/弗兰德斯 德 国 /Bavaria 匈牙利 西班牙
表2 我国与部分国家站网密度对比 Table2 Comparison between China and other countries on groundwater monitoring network density
2 国内外地下水监测技术与管理比较
2.1 站网分类 世界许多国家对地下水的监测站网都有明确的分
类,其分类方法主要有两种:一是根据监测目的;二是 根据管理权属。 如丹麦有全国地下水量监测网和全国 地下水水质监测网, 并将地下水位监测站网分为地方 性监测网(由供水系统负责)、地区性监测网(由县级负 责)和全国性监测网(由丹麦数据中心 GEUS 负责)。 美 国把地下水监测网分成两类, 第一类为水文地质基准 网, 其主要目的是研究水资源以及审核与地表水地下 水的形成有关的各种科技问题; 第二类为建立在各个 工程项目上的设计网,用来解决设计中的具体问题。但 是美国没有国家地下水监测站网, 地下水监测站网由 各州管理,各州的实际情况也各不相同。
站网布设密度主要取决于含水层的水文地质和水 化学方面的复杂性。 一般而言,含水层特性、地下水开采、 水资源与土地利用状况、 人力资源等因素都可以作为站 网设计的参考因素。 此外,还需考虑经济成本等因素,地 下水水质基本站网密度通常要比地下水水位站网低。
对欧洲 10 个国家的调查表明, 地下水水位站网密 度, 各国从 0.02/100km2 到 10.70/100km2 个测站不等,荷 兰为世界上地下水监测站网密度最高的国家;地下水水质 站网密度, 各国从 0.02/100m2 到 1.61/100 km2 个测站不 等。 我国与部分国家站网密度与监测频次对比见表 2。
第33卷 第 3期 2013年6月
水文 JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY
Vol.33 No.3 Jun., 2013
国内外地下水监测技术与管理比较研究
杨建青 1,2,章树安 1,2,陈 喜 3,杨艳燕 1,章雨乾 3
(1.水利部水文局,北京 100053;2.水利部地下水监测中心,北京 100053;3.河海大学,江苏 南京 210098)
工程项目设计网: 主要用于工程设计。
长期监测。
基本站: 国家和政府层面; 主要用于规划管理; 长期监测。
专用站:
非政府层面; 主要用于特定目的 (如,评价或监测 某个区域的地下水系统); 短期监测。
临时站: 科研院所层面; 主要用于研究目的; 短期监测。
国家监测网:
英国河流管理机构负责;
地方监测网:
受自然地理、气候环境和经济社会等影响,不同地 区、各国之间对地下水的开发利用程度不同,对地下水 的监测管理差别很大。近年,联合国机构和各国政府以 及有关科研人员在地下水监测与管理方面开展了大量 的实践研究,取得了许多成果。作者在收集整理欧美等 主要国家地下水监测管理的有关论文成果和 《国外地 下水监测与管理》书稿的基础上,结合多年从事地下水 工作的实践与心得体会, 根据我国地下水监测与管理
站网密度的不同反映了国家的大小、人口密度、经 济条件、地下水系统抗污染性、地下水开采强度和相关 利益冲突、以及环境保护优先权的不同。国外主要发达 国家站网密度普遍高于我们国家, 特别是地下水开发 利用程度高的国家或区域,其站网密度明显较高。我国 站网密度与美国相近,但是监测能力相对薄弱,最突出 的一个问题是缺少专用监测井。 2.3 监测内容和要求
站网密度 (个/100km2) 监测区 0.37 监测区 0.3
监测区 1.6
0.11 0.02 0.15 监测区 1.2 10.70 1.61 1.00 2.27 1.95
地下水水位
监测频次
一般 1 次/5 天 自动监测 1 次/天,人工监测按实际变化
主要取决于含水层的水文地质 和水化学方面的复杂性 2 次/月 26 次/年 1 次/月 一般 2~12 次/年 一般 2 次/月
目前,全国水利(水文)部门共有地下水监测站 24 515 处,其中,基本监测站 12 859 处(10%左右兼水 质监测任务),初步形成了覆盖北方各主要平原区的地 下水监测站网。但我国地下水监测与管理总体比较薄 弱,还存在着站网布局不完善、地下水监测站网密 度总体偏低、缺乏地下水专用监测井、监测技术手 段落后、信息分析服务能力弱、法规保障机制不健全 等 问 题 [2]。
直于河流,覆盖补给与排泄的区域。 (5)考虑对现有地下水井的利用,提出生产井可用
于水质取样,但不能用于地下水位监测;开采井可以考 虑将其转化为监测井。
(6)关于含水层的几何结构,要求应努力监测到地 下水的空间变化趋势,为地下水数值模拟提供便利。
(7)关于地下水井的协同定位,要求水位和水质监 测应在同一位置。